基于重叠网格技术的二元外压式进气道吞砂轨迹研究

作     者：聂阳 李宝宽 杨晓晰 谢业平 张海洋 

作者机构：东北大学工程热物理研究所 中国航发沈阳发动机研究所 中国航发沈阳发动机研究所辽宁省航空发动机冲击动力学重点实验室 

出 版 物：《航空动力学报》 (Journal of Aerospace Power)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：中央高校基本科研业务费专项基金(N2025013) 

主　　题：外物损伤 吞砂试验 重叠网格方法 气固两相流 外压式进气道 

摘      要：针对航空发动机受外物损伤的安全性评估需求，发展了基于重叠网格技术和稀相气-固两相流方法的飞机进气道吞砂行为研究的数值模拟方法。建立了全机身外流场以及地面砂石吸入进气道过程的三维可压缩气-固两相耦合的数学模型，并充分考虑颗粒所受的多种作用力及其与壁面的相互作用。分析了不同工况及物性参数影响下的二元外压式进气道吞砂行为，包括吞砂轨迹、发动机风扇面撞击参数等。结果表明：砂石由辅助进气门吸入进气道后大多与进气道顶部经历一次碰撞，后续在风扇面的撞击位置基本位于上侧0.5倍风扇面半径之外。在无风及逆风工况下，砂石在左右两发的撞击位置呈“V字型靠近机身中线对称分布。且随着发动机工况、逆风风速的增大以及砂石密度的减小，砂石撞击位置逐渐分散，0.5 ～ 0.8倍半径范围内的砂石数量逐渐增多。此外，在飞机发动机额定工况且无风条件下，飞机速度大于11 m/s后即无法从地面吸入砂石。相较而言，侧风工况显著增加了下游进气道的吞砂量，大幅度加剧两侧发动机使用寿命的差异性，严重破坏飞机的稳定性和平衡性。